JP5005947B2

JP5005947B2 - 固体酸化物形燃料電池のガスシール構造

Info

Publication number: JP5005947B2
Application number: JP2006116109A
Authority: JP
Inventors: 創荒井; 敏杉田; 吉晃吉田; 正泰荒川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: JP2007287585A

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池のガスシール構造に関するものである。

平板型の固体酸化物形燃料電池（SOFC:Solid Oxide Fuel Cell）は、積層形成された燃料電極（燃料極）、固体酸化物からなる電解質層および酸化剤電極（空気極）とからなる三層構造の平板状の単セルと、この単セルの前記燃料極と空気極に燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ給排気するための通路を有するセパレータ（以下、インターコネクタという）とを交互に複数枚積層して電気的に直列に接続することにより形成された燃料電池スタック（以下、セルスタックという）とを備え、前記燃料極に燃料ガスを供給し、空気極に酸化剤ガスを供給することにより、水の電気分解の逆反応を主反応として利用して発電を行なうようにした燃料電池である（例えば、特許文献１参照）。このような固体酸化物形燃料電池は、他の燃料電池に比べて発電効率が高く、また作動温度が高いため高温の熱を利用することができるという利点を有している。

固体酸化物形燃料電池が動作するときは、電池の燃料極側は還元雰囲気に晒され、空気極側は酸化雰囲気に晒されるため、燃料極と空気極間にガスが透過せずかつ電気伝導性のある材料で、単セルどうしの電気的接続を行う必要がある。また、十分高い発電効率を得るためには、電解質のイオン導電性を確保し、かつ両電極における酸化還元反応が容易に起こり易くするために、燃料電池本体の作動温度を概ね４００℃〜１０００℃の高い温度に保つことが望ましい。このため、電気的接続には、フェライト系ステンレスを始めとする各種耐熱金属材料もしくは導電性セラミックス材料で作られた部品（インターコネクタ）が用いられる。

インターコネクタは、前述した通り単セルのそれぞれの極に燃料ガス（改質メタンガスや水素）と酸化剤ガス（酸素や空気）を供給するための通路が設けられている。また、単セルで反応した後の燃料ガス（排ガス）を排出する通路を設けておくと、未反応の燃料ガスを回収することができ、高い発電効率を得ることができる。しかし、このときに各単セルの燃料極と空気極との間を遮断（ガスシール）する必要があり、この目的のために、単セルとインターコネクタとの隙間にガスシール材を配置する必要がある。すなわち、このガスシール材は、燃料極付近の燃料ガスが酸化剤ガスに直接触れて燃焼によって消費されることを防ぎ、これにより発電が有効に行われ高い発電効率を実現することに寄与する。

図７に平板型固体酸化物形燃料電池のガスシール構造の従来例を示す。
同図において、参照符号１で示す平板型固体酸化物形燃料電池のセルスタックは、平板型の単セル２とセパレータ３をガスシール材４を介して交互に複数枚積層して一体的に結合するとともに電気的に接続することにより形成されている。

単セル２は、平板型の燃料極６と、この燃料極６の上に積層形成された電解質層７および空気極８とからなり、これらによって燃料極支持型で平板型の単セルを構成している。このような燃料極支持型の単セル２は、比較的堅牢で高出力密度が得られる等の特長を有している。

インターコネクタ３は、単セル２がガスシール材４を介してはめ込まれる凹部１０を有する燃料極側インターコネクタ３Ａと、空気極８に接触する凸部１１を一体に有する空気極側インターコネクタ３Ｂとで構成されている。燃料極側インターコネクタ３Ａの燃料極６が接触する面１２には、燃料ガスＧ１の供給通路１３と、燃料極反応によって生成される排ガスを排出する排出通路１４が形成されている。一方、空気極側インターコネクタ３Ｂの空気極８が接触する面１５には、酸化剤ガスＧ２の供給通路１６と、空気極反応によって生成される排ガスを排出する排出通路１７が形成されている。

ガスシール材４は、断面形状が矩形で、円形または矩形の枠状に形成されており、燃料極側インターコネクタ３Ａの凹部１０内に組み込まれることにより、単セル２の外周面と凹部１０の内周面との隙間２４をガスシールし、燃料ガスＧ１が漏れて酸化剤ガスＧ２に接触しないようにしている。ガスシール材４としては、熱膨張率（熱膨張係数）が単セル２とインターコネクタ３の熱膨張率に近い材質であることが望ましい。しかし、必要な機能を満たしつつ、熱膨張率を合わせ込むことは困難なため、体積の膨張収縮を緩和しやすいほう珪酸ガラス等のガラス材料をガスシール材として用いるなど、熱膨張率の制約を緩める種々の方法が提案されている。

特開２００５−１７４８８４号公報

上述のような平板型固体酸化物形燃料電池におけるセルスタック１のガスシール構造において、ガスシール材４のガスシール面１８，１９には燃料極６に供給される燃料ガスＧ１と、空気極８に供給される酸化剤ガスＧ２からの圧力が加わっている。一般に空気極８側は概ね大気圧に近い圧力に保たれており、特に空気極８に供給された酸化剤ガスＧ２が回収されずに大気に開放される場合は、ほぼ大気圧に等しくなっている。このような酸化剤ガスＧ２を回収しない大気開放型のセルスタック１においては、酸化剤ガスＧ２の排ガス回収用マニホールドを必要とせず、構造が比較的簡単になるという利点を有している。

一方、燃料極６側は、燃料極６への燃料ガスＧ１の供給を十分に行って燃料の利用率を高めるために、単セル２の周辺における圧力は、大気圧に比べて高くなっている。特に未反応燃料ガス、水、反応生成ガス等を回収する場合には、回収出ロに向けてこれらを送り出すために、空気極８側に比べて高い圧力にする必要がある。したがって、ガスシール材４には燃料極６側から空気極８側に向かって圧力差が生じる。

しかし、従来はこのような燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の圧力差を考慮したガスシール構造を採用しておらず、このためかかる圧力差に対して十分に高いシール強度を確保することが困難で、信頼性、耐久性の高いガスシールができないという問題があった。ガスシール性が不十分で、燃料ガスＧ１が空気極８側に漏洩すると、発電に用いられる燃料が減少して発電効率を下げてしまう。また、燃料ガスＧ１が酸化剤ガスＧ２によって燃焼すると、単セル２およびインターコネクタ３周辺の温度が上昇し、単セル２およびインターコネクタ３の機能を破壊する恐れがある。また、特に定電流運転時に燃料利用率を高くした際に、燃料ガスＧ１が漏れて発電に必要な量の燃料が単セル２に供給されないと、空気極８からくる酸素イオンにより燃料極６が酸化して単セル２の発電機能を低下させたり、あるいは破損したガスシール部分からの酸化剤ガスＧ２により燃料極６が酸化した場合には、セル割れが発生し、その部位で燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２が混合して燃焼し、単セル２およびインターコネクタ３周辺の温度が上昇し、単セル２およびインターコネクタ３を破壊する恐れがある。

また、特に、単セル２が燃料極支持型である場合には、単セル２の外縁と凹部１０の内周面との隙間２４をガスシール材４によってガスシールする必要があるが、このガスシール材４は燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の圧力差によって燃料極６側のガスシール面１８が空気極８側のガスシール面１９よりも大きな力を受けるため、変形したり、凹部１０から飛び出し、十分なガスシールを行うことができなくなるという問題もあった。

本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、単セルとインターコネクタとの間を確実にガスシールすることができ、信頼性および耐久性の高い平板型固体酸化物形燃料電池のガスシール構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る平板型固体酸化物形燃料電池のガスシール構造は、固体電解質の表裏面に燃料極と空気極とを配置してなる平板型の単セルと、この単セルの前記燃料極と前記空気極に対して燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するための通路を有するインターコネクタとを交互に複数枚積層してこれらを電気的に接続し、前記単セルと前記インターコネクタとの隙間をガスシール材によってガスシールする固体酸化物形燃料電池のガスシール構造において、前記インターコネクタは、単セルがガスシール材を介してはめ込まれる凹部と燃料ガスを給排気するための通路とを有する燃料極側インターコネクタと、少なくとも酸化剤ガスを供給するための通路を有する空気極側インターコネクタとを備え、前記燃料極側インターコネクタの凹部を空気極側インターコネクタに向かって口径が拡大する形状に形成し、前記ガスシール材の空気極側ガスシール面の面積を、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスの圧力差に対応させて燃料極側ガスシール面の面積よりも大きくしたものである。

また、本発明に係る平板型固体酸化物形燃料電池のガスシール構造は、前記ガスシール材は、熱膨張係数が単セルとインターコネクタの熱膨張係数に近いガラス材料を含むものである。

また、本発明に係る平板型固体酸化物形燃料電池のガスシール構造は、前記ガスシール材の空気極側ガスシール面の面積と燃料極側ガスシール面の面積との面積比を、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力比の逆数と略等しくしたものである。

本発明においては、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差に対応させてガスシール材の空気極側ガスシール面の面積を燃料極側ガスシール面の面積よりも大きくしたので、ガスシール材の空気極側ガスシール面と燃料極側ガスシール面に加わる力（ガス圧力×ガスに接する面積）を略等しくすることができる。したがって、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差によってガスシール材が変形したり、単セルとインターコネクタとの間から飛び出したりすることがなく、十分に高いシール強度とシール性能を確保することができ、固体酸化物形燃料電池におけるガスシールの信頼性および耐久性を高めることができる。その結果として、燃料ガスが漏洩せず、発電効率を高めることができる。また、燃料ガスが漏洩するようなことがないために、燃料の燃焼、燃料不足による燃料極の酸化、燃料極支持型の単セルを用いた際のセル割れ等をも防止することができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る平板型固体酸化物形燃料電池のガスシール構造の一実施の形態を示す要部の断面図である。なお、図中、従来技術で示した部品、部分と同一のものについては同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。本実施の形態においては、燃料支持型の単セル２を備え、インターコネクタ３が単セル２に供給される酸化剤ガスＧ２を回収せずに大気に開放とする構造を採用した平板型固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックのガスシール構造を示している。このため、空気極側インターコネクタ３Ｂは、酸化剤ガス供給通路１６の終端が大気に開放されて酸化剤ガスの排ガスを回収する酸化剤ガス排出通路を有さず、酸化剤ガスＧ２側からは単セル２とインターコネクタ３Ｂとのガスシール部に圧力がかからない構造となっている。

燃料極側インターコネクタ３Ａは、単セル２がガスシール材２０を介してはめ込まれる凹部１０を有している。この凹部１０の内周面１０ａは、ガスシール材２０のガスシール面２１，２２に加わる燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の圧力差を考慮して、凹部１０の内部に向かって傾斜したテーパ面に形成されている。言い換えれば、凹部１０は、空気極側インターコネクタ３Ｂに向かって口径が拡大する逆截頭円錐形または逆截頭角錐形の凹部に形成されている。

単セル２を構成する燃料極６と電解質層７は同一の大きさで、前記凹部１０の開口径より小さい相似形の円形または四角形に形成されており、ガスシール材２０と接触する外縁（外周面）が表裏面に対して垂直な同一面を形成している。空気極８は、燃料極６および電解質７と相似形で、これより小さく形成されている。このため、単セル２を凹部１０内に配置した状態では、単セル２の外周と凹部１０の内周面１０ａとの間に断面形状が逆台形の環状隙間２４が形成される。この環状隙間２４は、ガスシール材２０によってガスシールされるガスシール部を形成している。

前記単セル２とインターコネクタ３との隙間２４をガスシールするガスシール材２０も、燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の圧力差を考慮して断面形状が前記隙間２４と略同一形状の逆台形状を呈するように形成することにより、空気極８側のガスシール面２２が燃料極６側のガスシール面２１に比べて大きなシール幅と表面積をもたせている。具体的には、ガスシール材２０の空気極側ガスシール面２２の面積Ｓ２と燃料極側ガスシール面２１の面積Ｓ１は、ガスシール面２１，２２に加わる力（ガス圧力×ガスに接する面積：Ｇ１×Ｓ１＝Ｇ２×Ｓ２）が釣り合いを保つようにするために、その面積比が燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の圧力比の逆数と略等しくなるように設定される。この場合、燃料極６側のガス圧（絶対圧）が空気極８側のガス圧よりも高いので、空気極側ガスシール面２２の面積Ｓ２を燃料極側ガスシール面２１の面積Ｓ１よりも大きくする必要がある（Ｓ２＞Ｓ１）。空気極側ガスシール面２２の面積Ｓ２と燃料極側ガスシール面２１の面積Ｓ１の適正な比は、ガスシール材２０に加わる両側の圧力の比（燃料ガス圧力／酸化剤ガス圧力）と等しく、これは１より大きい。

常圧型の燃料電池では、空気極８側のガス圧は略大気圧に等しく、燃料極６側のガス圧はその２０〜５０％程度高い加圧状態であるため、この比は１．２〜１．５程度である。このため、空気極側ガスシール面２２の面積Ｓ２と燃料極側ガスシール面２１の面積Ｓ１の面積比は、１．２〜１．５：１となる。特に、燃料ガスＧ１にメタン等の炭化水素燃料を水蒸気改質して用いる際には、燃料ガスＧ１の圧力が高まるため、十分な面積比をとることが必要である。

これに対して、加圧型の燃料電池では、燃料極６側は大気圧の１０倍程度の圧力に晒されるため、この比率を１０〜２０程度に十分大きくとることが必要になる。

このように、本発明においては、ガスシール材２０の空気極側ガスシール面２２の面積２と燃料極側ガスシール面２１の面積Ｓ１を燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の圧力比に対応させて変えているので、燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の圧力差に拘わらずこれらのガスシール面２１，２２に加わる力を略等しくすることができる。したがって、ガスシール材２０が燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２の圧力差によって変形したり、燃料極側インターコネクタ３Ａの凹部１０から抜け出したりすることがなく、単セル２とインターコネクタ３間の隙間２４を確実にガスシールすることができ、ガスシールの信頼性を向上させることができる。

また、燃料ガスＧ１が空気極８側に漏洩しなくなれば、発電効率が向上するばかりか、酸化剤ガスＧ２との接触による燃料ガスＧ１の燃焼や、漏洩に伴う燃料ガスの不足による燃料極６の酸化、セル割れ等を防止することができ、燃料電池の信頼性および耐久性を向上させることができる。

特に、インターコネクタ３が、単セル２に供給される酸化剤ガスＧ２を回収せずに大気に開放し、酸化剤ガスＧ２側からはガスシール材２０の空気極側ガスシール面２２に圧力が加わらない構造の固体酸化物形燃料電池である場合には、本発明によってガスシール材２０に加わる燃料ガスＧ１と酸化剤ガスＧ２との圧力差を解消することが有効となる。

また、ガスシール材２０が配置される単セル２とインターコネクタ３との間のガスシール部（隙間２４）の幅を、単セル２の固体電解質７側から燃料極６側に向けて減じる構造としているので、ガスシール材２０が燃料ガスＧ１から圧力を受ける面積に比べ、ガスシール材２０が酸化剤ガスＧ２から圧力を受ける面積を容易に大きくすることができる利点を有する。

ここで、図１においては、凹部１０の内周面１０ａを単調なテーパ面に形成し、ガスシール材２０の断面形状を台形状に形成したが、これに限らずガスシール材２０の粘度や熱膨張率に応じて確実にガスシールできるように、図２または図３に示すようにガスシール部の途中に両ガスとの界面よりも面積がより小さくなる括れ部分、あるいはガスシール溜めのような機能をもつ両ガスとの界面よりも面積がより大きくなる部分が存在しても、特に問題はなく、ガスシール部に加わる圧力を左右するガスとの界面におけるガスシール面面２１，２２の面積関係だけが本発明にしたがっていればよい。

図２は凹部１０の内周面に上下非対称で上辺側が下辺よりも傾斜角度が小さいＶ字状の溝２５を形成し、ガスシール材２０の断面形状を外周面が前記溝２５に適合する上下非対称な五角形に形成した例を示す。このような構造において、ガスシール材２０の空気極側ガスシール面２２の面積Ｓ２は、燃料極側ガスシール面２１の面積Ｓ１よりも大きく、燃料ガスＧ１の圧力が１．２、酸化剤ガスＧ２の圧力が１とした場合、燃料極側ガスシール面２１の面積の１．２倍になるように設定されている。

図３は図２に示した例とは反対に、凹部１０の内周面に上下非対称で上辺側が下辺よりも傾斜角度が大きいＶ字状の突起部２６を形成し、ガスシール材２０の外周面に前記突起部２６に適合する上下非対称なＶ字状の括れ部（凹部）２７を形成した例を示す。ガスシール材２０の燃料極側ガスシール面２１の面積Ｓ１と空気極側ガスシール面２２の面積Ｓ２の面積比は、図２に示した例と同様である。

平板型の単セル２としては、燃料極支持型を示したが、これに限らず電解質支持型（自立膜型）を用いることもできる。単セル２の形状は、円形、方形など、特に制約はない。単セル２の構成要素にも特に制約はなく、従来公知の材料を用いることができる。例えば、燃料極６には安定化ジルコニアとニッケルのサーメットを、電解質７には安定化ジルコニアを、空気極８にはランタンストロンチウムマンガナイト、ランタンストロンチウムコバルタイト、ランタンニッケルフェライト等のペロブスカイト酸化物を用いることができる。このような構成の単セル２の運転温度８００℃付近における熱膨張係数は、およそ１×１０^-5／Ｋである。この場合のインターコネクタ３には、単セル２の熱膨張係数に概ね近い熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス材料を始めとする各種耐熱金属材料や、ランタンストロンチウムクロメイトを始めとする導電性セラミックス材料を用いることができる。

単セル２とインターコネクタ３の間の隙間２４に配置されるガスシール材２０についても、これらと概ね近い熱膨張係数を有する材料であることが好ましく、ほう珪酸ガラスやバリウム珪酸ガラス等を用いることにより、ガスシール性を向上させることができる。特に、燃料電池の動作温度よりも軟化点の低いガラス材料を用いると、ガラス自体が軟化、溶融して隙間２４を塞ぐため、ガスシール性をより一層向上させることができる。またガスシール材２０として、ガラス材料を含む様々なガラス複合材料、例えば前記ガラス材料とガラスウールの混合物、前記ガラス材料とアルミナ系接着剤の混合物なども用いることができ、さらに緩衝材として発泡金属、金属網等の適度に変形する材料を挟んだり混ぜたり担持させたガラス複合材料を用いることもできる。

単セル２とインターコネクタ３間の電気的な接続には、発泡金属や金属網、エキスパンドメタル等の集電材を挟むことができる。また、単セル２に燃料極支持型もしくは空気極支持型を用いる場合は、単セル２の外縁部で単セル２とインターコネクタ３をガスシールする必要があるが、ガスシール材２０を凹部１０の内周面１０ａと単セル２の外周面との間に配置するだけではガスシール性が十分に確保できない場合がある。このような場合には、例えば図４は燃料極支持型で平板型の単セル２の例を示すものではあるが、単セル２の外縁部に加えて電解質層７の上面外周縁部もガスシール材２０によって覆いガスシールするとよい。つまり、ガスシール材２０に電解質層７の上面外周縁部を覆う張出部２８を設けるとよい。

また、特に、インターコネクタ３が、単セル２を配置するための凹部１０を有する燃料極側インターコネクタ３Ａと、空気極８に接触する凸部１１を有する空気極側インターコネクタ３Ｂとからなり、燃料極側インターコネクタ３Ａに単セル２の燃料極６に燃料ガスＧ１を供給するための燃料ガス供給通路１４と、反応後の排ガスを排出する排ガス排出通路１４が設けられ、空気極側インターコネクタ３Ｂに隣接する単セル２の空気極８に酸化剤ガスＧ２を供給するガス供給通路１６を設けた固体酸化物燃料電池の場合（図１）、単セル２の外縁とインターコネクタ３間に配置したガスシール材２０により、ガスシールを行うことができるが、この際のガスシール材２０に加わる圧力差に対しても、ガスシール材２０が燃料ガスＧ１から圧力を受ける面積に比べ、ガスシール材２０が酸化剤ガスＧ２から圧力を受ける面積を大きくすること、特にガスシール材２０の配置されるガスシール部２４の幅を、単セル２の電解質層７側から燃料極６側に向けて減じる構造とすることにより、十分に高いガスシール強度を確保することができ、ガスシールの信頼性および耐久性を高めることができる。

さらに、図５に示すように、ガスシール材２０の空気極側ガスシール面２２全体をセルカバー３０によって覆い、これによってガスシール材２０の動きを防止すると、ガスシールの信頼性、耐久性を一層向上させることができる。この場合、ガスシール材２０は直接酸化剤ガスＧ２に接触する部分が少なくなるが、セルカバー３０が酸化剤ガスＧ２からの圧力をガスシール材２０に伝えている形になる。さらに、このセルカバー３０が、図６に示すように、インターコネクタ３の外周に嵌め合わされる嵌合部３０Ａと、この嵌合部３０Ａから垂直方向に伸張しガスシール剤２０の空気極側ガスシール面２２を覆うカバー部３０Ｂと、このカバー部３０Ｂの中央に形成された開ロ部３０Ｃとを備えることにより、ガスシール材２０を押さえて固定すると同時に、単セル２の空気極８と空気極側インターコネクタ３Ｂの凸部１１（図１）との接続を可能にしている。

さらに、セルカバー３０と空気極側インターコネクタ３Ｂとの間にもガスシール材を配置すると、より高いガスシール性能を得ることができる。

セルカバー３０としては、燃料電池の運転温度でガスシール材２０と反応せず、また単セル２やインターコネクタ３と熱膨張率が近い材料で構成されることが好ましい。具体的にはアルミナやマセライト、ジルコニア等のセラミックス材料、またはフェライト系ステンレス材料を始めとする各種耐熱金属材料を用いることができる。特に耐熱金属材料の中では、アルミニウムを１％〜１０％含むアルミナフォーマーと呼ばれるフェライト形ステンレスが、比較的絶縁性が高いために好適である。導電性のある材料をセルカバー３０に用いる際には、単セル２の両極が短絡しないように配置することが必要である。例えば図６に示す例では、セルカバー３０は嵌合部で燃料極６を配置した燃料極側インターコネクタ３Ａの凹部１０と接する可能性があるため、セルカバー３０が空気極８ないし空気極８に接続された空気極側インターコネクタ３Ｂに接触しないように配置することが必要である。

本発明による固体酸化物形燃料電池のガスシール構造の一実施の形態を示す要部の断面図である。本発明による固体酸化物形燃料電池のガスシール構造の他の実施の形態を示す要部の断面図である。本発明による固体酸化物形燃料電池のガスシールの他の実施の形態を示す要部の断面図である。本発明による固体酸化物形燃料電池のガスシール構造の他の実施の形態を示す要部の断面図である。本発明による固体酸化物形燃料電池のガスシールの他の実施の形態を示す要部の断面図である。本発明による固体酸化物形燃料電池のガスシール構造のさらに他の実施の形態を示す要部の断面図である。従来の固体酸化物形燃料電池のガスシール構造を示す要部の断面図である。

符号の説明

１…固体酸化物形燃料電池、２…単セル、３…インターコネクタ、３Ａ…燃料極側インターコネクタ、３Ｂ…空気極側インターコネクタ、４…ガスシール材、６…燃料極、７…電解質層、８…空気極、１０…凹部、１４…隙間、１３…燃料ガス供給通路、１４…燃料ガス排出通路、１６…酸化剤ガス供給通路、１７…酸化剤ガス排出通路、２０…ガスシール材、２１…燃料極側ガスシール面、２２…空気極側ガスシール面、２４…隙間、Ｇ１…燃料ガス、Ｇ２…酸化剤ガス。

Claims

固体電解質の表裏面に燃料極と空気極とを配置してなる平板型の単セルと、この単セルの前記燃料極と前記空気極に対して燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するための通路を有するインターコネクタとを交互に複数枚積層してこれらを電気的に接続し、前記単セルと前記インターコネクタとの隙間をガスシール材によってガスシールする固体酸化物形燃料電池のガスシール構造において、
前記インターコネクタは、単セルがガスシール材を介してはめ込まれる凹部と燃料ガスを給排気するための通路とを有する燃料極側インターコネクタと、少なくとも酸化剤ガスを供給するための通路を有する空気極側インターコネクタとを備え、前記燃料極側インターコネクタの凹部を空気極側インターコネクタに向かって口径が拡大する形状に形成し、前記ガスシール材の空気極側ガスシール面の面積を、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスの圧力差に対応させて燃料極側ガスシール面の面積よりも大きくしたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール構造。
請求項１記載の固体酸化物形燃料電池のガスシール構造において、
前記ガスシール材は、熱膨張係数が単セルとインターコネクタの熱膨張係数に近いガラス材料を含むことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール構造。
請求項１記載の固体酸化物形燃料電池のガスシール構造において、
前記ガスシール材の空気極側ガスシール面の面積と燃料極側ガスシール面の面積との面積比は、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力比の逆数と略等しいことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール構造。